Preliminary 3D Modelling of Structural behaviour of Face Bolting and Umbrella Arch in Tunneling

http://kb.plaxis.nl/publications/preliminary-3d-modelling-structural-behaviour-face-bolting-and-umbrella-arch-tunnelingInternational audienceUmbrella arch and face bolting are two reinforcement technics used in tunnelling (NATM conventional tunnelling), especiallyfor low-depth tunnels (H/D=1 to 5) in poorly consolidated soils. The arch is built by setting pipes around the contour line of thetunnel face prior to excavation, while bolting consists in setting and sealing long berglass or metallic rods at the tunnel face.The bolts provide improved mechanical properties to the ground that is to be excavated and they are gradually destroyed asthe excavation progresses, whereas the arch brings stability to the whole face area and is left as a permanent reinforcement.In this context, 3D modelling of these tunnels and their reinforcement is essential to predict surface settlements and animportant tool to validate appropriate tunnel designs

Influence of building stiffness and foundation embedding on clays shrinkage-swelling hazard consequences

Hazard

ANALYSE EXPERIMENTALE DE L'EFFET DU CONFINEMENT SUR L'ARRACHEMENT DES BOULONS DE FRONT

National audienceFor accurate dimensioning of soil nails in shallow tunnels, experimental pull out tests were performed. The results highlight the effect of confining pressure on the shear strength of the soil-grout interface. A detailed description of these tests is first presented. Laboratory results compared with in-situ result, allowed authors to propose parameters which influence behavior.Une campagne d'essais montre l'effet du confinement sur la résistance au cisaillement de l'interface scellement-sol. Au préalable, une étude de tous les éléments composant cet essai est présentée. Le sol, la surface du forage, le scellement et l'inclusion doivent être représentatifs de la réalité des chantiers. Les résultats permettent de dégager les paramètres qui influencent le comportement de l'interface

Soil-structure interaction phenomenon against the shrink-swell hazard for evaluation of buildings vulnerability

Les sols argileux peuvent présenter des variations importantes de volume lors d’un changement hydrique, tel une période de sécheresse. Ce phénomène de retrait-gonflement des sols argileux est à l’origine de nombreux préjudices aux bâtis ce qui le situe, après les inondations, au second rang des aléas naturels français en matière de coût des dommages : 5 milliard d’euros entre 1988 et 2007. Les maisons individuelles sont les plus touchées par ce phénomène qui provoque un tassement différentiel du bâti à l’origine de sa dégradation (fissures dans les éléments de maçonnerie non armée en particulier). L’objectif de cette thèse est d’étudier la vulnérabilité des bâtis vis-à-vis de l’aléa retrait-gonflement à travers une analyse de l’interaction sol-structure. Ce travail s’est porté sur les trois grands volets suivants : 1 - le comportement hydromécanique des sols argileux, 2 - l’interaction sol-structure, 3 - l’évaluation des dommages structuraux. Le comportement hydromécanique des sols argileux a été modélisé par le concept de surface d’état et intégré dans un modèle d’interaction sol-structure inspiré du modèle de Winkler, avec des approches de plus en plus complexes : cas unidimensionnel tout d’abord, 2D ensuite en assimilant la structure à une poutre, puis en 3D en représentant la structure par une plaque. Ces modèles d’interaction sol-structure permettent de calculer la déflexion relative d’un bâti, en fonction d’une valeur de succion imposée et des propriétés mécaniques ou hydromécaniques de la structure et du sol d’assise. La déflexion relative du bâti est alors comparée à des valeurs seuils afin d’évaluer le dommage.La dernière partie de cette thèse consiste en une étude de faisabilité pour le développement de courbes de vulnérabilités adaptées à la problématique du retrait gonflement. Ces courbes représentent la moyenne des dommages d’un type de bâti conçu sur un type de sol gonflant pour une valeur de succion imposée. Ces courbes ont été développées à partir d’une typologie des sols gonflants et d’une typologie des bâtis issue des bases de données des maisons sinistrées. La moyenne des dommages est calculée par la méthode de Monte-Carlo, en prenant en compte la variabilité des paramètres du bâti.Clayey soils can present large volumetric deformations in response of water content change. This phenomenon of shrinkage and swelling of clayey soils is recognized as a costly natural hazard throughout the world. In France, this cost is reported between 1988 and 2007 to 5 million Euros, ranking in second class of the French natural hazards in terms of cost of damage after the floods. The individual masonry buildings with shallow foundations are the most affected by this phenomenon that causes a differential settlement of the building leading to cracks in facades and structural elements, especially in unreinforced masonry elements.The objective of this thesis was to study the vulnerability of the building, against the shrink-swell hazard through an analysis of soil-structure interaction. This work was focused on three major points: - Hydro-mechanical behavior of clay soils - Soil-structure interaction - Evaluation of structural damage.The hydro-mechanical behavior of clay soils was considered by the concept of state surface and integrated into a soil-structure interaction model, based on the Winkler model, with increasingly complex approaches: 1D, 2D and 3D by modeling the building behavior respectively by a spring system, the beam element and the plate element. These models of soil-structure interaction are able to calculate the relative deflection of the building, according to the values of imposed suction, mechanical properties of the structure and hydro-mechanical properties of the soil. The relative deflection of the building is then compared to threshold values of the classical damage categories to assess the building damage.Finally a feasibility study was conducted on the development of vulnerability curves adapted to the problem of shrinkage – swelling of clayey soils. These curves represent the average of structural damage versus suction, for each type of building. These curves were developed based on a classification of expansive soils and a building typology outcome from databases of affected buildings. The average damage is calculated by the Monte-Carlo method, taking into account the variability of the building parameters

Phénomènes d'interaction sol-structure vis-à-vis de l'aléa retrait-gonflement pour l'évaluation de la vulnérabilité des ouvrages

Clayey soils can present large volumetric deformations in response of water content change. This phenomenon of shrinkage and swelling of clayey soils is recognized as a costly natural hazard throughout the world. In France, this cost is reported between 1988 and 2007 to 5 million Euros, ranking in second class of the French natural hazards in terms of cost of damage after the floods. The individual masonry buildings with shallow foundations are the most affected by this phenomenon that causes a differential settlement of the building leading to cracks in facades and structural elements, especially in unreinforced masonry elements. The objective of this thesis was to study the vulnerability of the building, against the shrink-swell hazard through an analysis of soil-structure interaction. This work was focused on three major points: hydro-mechanical behavior of clay soils, soil-structure interaction and evaluation of structural damage. The hydro-mechanical behavior of clay soils was considered by the concept of state surface and integrated into a soil-structure interaction model, based on the Winkler model, with increasingly complex approaches: 1D, 2D and 3D by modeling the building behavior respectively by a spring system, the beam element and the plate element. These models of soil-structure interaction are able to calculate the relative deflection of the building, according to the values of imposed suction, mechanical properties of the structure and hydro-mechanical properties of the soil. The relative deflection of the building is then compared to threshold values of the classical damage categories to assess the building damage. Finally a feasibility study was conducted on the development of vulnerability curves adapted to the problem of shrinkage - swelling of clayey soils. These curves represent the average of structural damage versus suction, for each type of building. These curves were developed based on a classification of expansive soils and a building typology outcome from databases of affected buildings. The average damage is calculated by the Monte-Carlo method, taking into account the variability of the building parameters.Les sols argileux peuvent présenter des variations importantes de volume lors d'un changement hydrique, tel une période de sécheresse. Ce phénomène de retrait-gonflement des sols argileux est à l'origine de nombreux préjudices aux bâtis ce qui le situe, après les inondations, au second rang des aléas naturels français en matière de coût des dommages : 5 milliard d'euros entre 1988 et 2007. Les maisons individuelles sont les plus touchées par ce phénomène qui provoque un tassement différentiel du bâti à l'origine de sa dégradation (fissures dans les éléments de maçonnerie non armée en particulier). L'objectif de cette thèse est d'étudier la vulnérabilité des bâtis vis-à-vis de l'aléa retrait-gonflement à travers une analyse de l'interaction sol-structure. Ce travail s'est porté sur les trois grands volets suivants : le comportement hydromécanique des sols argileux, l'interaction sol-structure et l'évaluation des dommages structuraux. Le comportement hydromécanique des sols argileux a été modélisé par le concept de surface d'état et intégré dans un modèle d'interaction sol-structure inspiré du modèle de Winkler, avec des approches de plus en plus complexes : cas unidimensionnel tout d'abord, 2D ensuite en assimilant la structure à une poutre, puis en 3D en représentant la structure par une plaque. Ces modèles d'interaction sol-structure permettent de calculer la déflexion relative d'un bâti, en fonction d'une valeur de succion imposée et des propriétés mécaniques ou hydromécaniques de la structure et du sol d'assise. La déflexion relative du bâti est alors comparée à des valeurs seuils afin d'évaluer le dommage. La dernière partie de cette thèse consiste en une étude de faisabilité pour le développement de courbes de vulnérabilités adaptées à la problématique du retrait gonflement. Ces courbes représentent la moyenne des dommages d'un type de bâti conçu sur un type de sol gonflant pour une valeur de succion imposée. Ces courbes ont été développées à partir d'une typologie des sols gonflants et d'une typologie des bâtis issue des bases de données des maisons sinistrées. La moyenne des dommages est calculée par la méthode de Monte-Carlo, en prenant en compte la variabilité des paramètres du bâti

On the use of the soil critical state for shallow tunnels Modelling

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Improvement of drilling performances in deep geothermal drilling in hard rocks, by using a novel Hydro-Mechanical Drilling

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Phénomènes d'interaction sol-structure vis-à-vis de l'aléa retrait-gonflement pour l'évaluation de la vulnérabilité des ouvrages

Les sols argileux peuvent présenter des variations importantes de volume lors d un changement hydrique, tel une période de sécheresse. Ce phénomène de retrait-gonflement des sols argileux est à l origine de nombreux préjudices aux bâtis ce qui le situe, après les inondations, au second rang des aléas naturels français en matière de coût des dommages : 5 milliard d euros entre 1988 et 2007. Les maisons individuelles sont les plus touchées par ce phénomène qui provoque un tassement différentiel du bâti à l origine de sa dégradation (fissures dans les éléments de maçonnerie non armée en particulier). L objectif de cette thèse est d étudier la vulnérabilité des bâtis vis-à-vis de l aléa retrait-gonflement à travers une analyse de l interaction sol-structure. Ce travail s est porté sur les trois grands volets suivants : 1 - le comportement hydromécanique des sols argileux, 2 - l interaction sol-structure, 3 - l évaluation des dommages structuraux. Le comportement hydromécanique des sols argileux a été modélisé par le concept de surface d état et intégré dans un modèle d interaction sol-structure inspiré du modèle de Winkler, avec des approches de plus en plus complexes : cas unidimensionnel tout d abord, 2D ensuite en assimilant la structure à une poutre, puis en 3D en représentant la structure par une plaque. Ces modèles d interaction sol-structure permettent de calculer la déflexion relative d un bâti, en fonction d une valeur de succion imposée et des propriétés mécaniques ou hydromécaniques de la structure et du sol d assise. La déflexion relative du bâti est alors comparée à des valeurs seuils afin d évaluer le dommage.La dernière partie de cette thèse consiste en une étude de faisabilité pour le développement de courbes de vulnérabilités adaptées à la problématique du retrait gonflement. Ces courbes représentent la moyenne des dommages d un type de bâti conçu sur un type de sol gonflant pour une valeur de succion imposée. Ces courbes ont été développées à partir d une typologie des sols gonflants et d une typologie des bâtis issue des bases de données des maisons sinistrées. La moyenne des dommages est calculée par la méthode de Monte-Carlo, en prenant en compte la variabilité des paramètres du bâti.Clayey soils can present large volumetric deformations in response of water content change. This phenomenon of shrinkage and swelling of clayey soils is recognized as a costly natural hazard throughout the world. In France, this cost is reported between 1988 and 2007 to 5 million Euros, ranking in second class of the French natural hazards in terms of cost of damage after the floods. The individual masonry buildings with shallow foundations are the most affected by this phenomenon that causes a differential settlement of the building leading to cracks in facades and structural elements, especially in unreinforced masonry elements.The objective of this thesis was to study the vulnerability of the building, against the shrink-swell hazard through an analysis of soil-structure interaction. This work was focused on three major points: - Hydro-mechanical behavior of clay soils - Soil-structure interaction - Evaluation of structural damage.The hydro-mechanical behavior of clay soils was considered by the concept of state surface and integrated into a soil-structure interaction model, based on the Winkler model, with increasingly complex approaches: 1D, 2D and 3D by modeling the building behavior respectively by a spring system, the beam element and the plate element. These models of soil-structure interaction are able to calculate the relative deflection of the building, according to the values of imposed suction, mechanical properties of the structure and hydro-mechanical properties of the soil. The relative deflection of the building is then compared to threshold values of the classical damage categories to assess the building damage.Finally a feasibility study was conducted on the development of vulnerability curves adapted to the problem of shrinkage swelling of clayey soils. These curves represent the average of structural damage versus suction, for each type of building. These curves were developed based on a classification of expansive soils and a building typology outcome from databases of affected buildings. The average damage is calculated by the Monte-Carlo method, taking into account the variability of the building parameters.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Thermo-hydro-mechanical modeling of artificial ground freezing taking into account the salinity of the saturating fluid

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State surface of wetting-drying cycles at the equilibrium stage

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